Ebook Thí nghiệm thấm

MỤC LỤC Mở ñầu Chương Các dạng hút nước mục đích hút nước, đặc điểm động thái nước ñất tiến hành hút nước ñiều kiện ñịa chất thuỷ văn khác 1) Các dạng hút nước mục đích chúng 2) ðộng thái vận ñộng nước ñất hút nước ñiều kiện ñịa chất thuỷ văn khác Chương Các thơng số tính tốn địa chất thuỷ văn phương pháp xác ñịnh chúng theo số liệu hút nước 1) ðặc điểm vắn tắt thơng số tính tốn địa chất thuỷ văn 2) ðặc điểm chung phương pháp xác định thơng số tính tốn ñịa chất thuỷ văn Chương Chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm điều kiện vỉa chứa nước áp lực đồng vơ hạn 1) Chính lý số liệu thí nghiệm lưu lượng lỗ khoan khơng đổi 2) Chỉnh lý kết thí nghiệm đặc tính hút nước phức tạp giai đoạn hạ thấp mực nước 3) Chỉnh lý kết thí nghiệm đặc tính hút nước phức tạp giai ñoạn hồi phục mực nước Chương Chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm điều kiện vỉa chứa nước áp lực ñồng hữu hạn mặt để xác định thơng số, khơng tính đến ảnh hưởng biên giới 1) Tiêu chuẩn áp dụng phương pháp Jacob vỉa hữu hạn 2) Những nguyên tắc chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm vỉa chứa nước hữu hạn Chương ðặc ñiểm chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm điều kiện tầng chứa nước khơng áp Chương ðặc điểm chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm điều kiện tầng chứa nước khe nứt - cactơ 1) Một vài ñặc ñiểm thấm chất lỏng ñá nứt nẻ 2) Tầng chứa nước ñá nứt nẻ với “ñộ lỗ hổng kép” 3) Tầng chứa nước ñất ñá nứt nẻ khơng đồng 4) Tầng chứa nước ñất ñá nứt nẻ dị hướng Chương ðặc ñiểm chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm ñiều kiện tầng chứa nước phân lớp nhieu.dcct@gmail.com 1) Thử nghiệm riêng biệt lớp chứa nước 2) Nghiên cứu tổng hợp hệ tầng phân lớp 3) ðặc ñiểm chỉnh lý tài liệu thí nghiệm giai ñoạn hồi phục mực nước Chương Chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm có ảnh hưởng biên giới 1) Những khu ñược giới hạn biên giới khơng thấm nước 2) Những khu vực có biên giới khơng đồng tính thấm 3) Những khu gần nơi nước đất cục 4) Những khu vực vỉa có hình dạng biên giới phức tạp khác Chương Những ñặc ñiểm phương pháp chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm vùng ven bờ Chương 10 Xác ñịnh phân loại thơng số tính tốn điều kiện vỉa có tính thấm khơng đồng hỗn tạp 1) ðánh giá đặc tính khơng đồng hỗn tạp phương pháp thống kê 2) ðánh giá đặc tính khơng đồng hỗn tạp mối liên hệ thơng số địa chất thuỷ văn hữu hiệu với ñánh giá thống kê 3) ðặc ñiểm biến dạng quy luật thí nghiệm thay đổi mực nước vỉa khơng đồng hỗn tạp 4) ðặc điểm xác định thơng số vỉa khơng đồng hỗn tạp 5) Phân loại thông số vỉa khơng đồng hỗn tạp Chương 11 Chỉnh lý kết hút nước thí nghiệm có xét đến dao động tự nhiên mực nước ñất 1) Dao ñộng mực nước ảnh hưởng thay ñổi áp suất khí 2) Dao động mực nước ảnh hưởng thay ñổi cường ñộ cung cấp nước mưa cho tầng chứa nước 3) Dao ñộng mực nước ảnh hưởng dâng hạ mực nước dòng khối nước mặt Chương 12 Những vấn ñề phương pháp tiến hành khuyến nghị bố trí thí nghiệm 1) Những vấn ñề phương pháp tiến hành thí nghiệm hút nước 2) Khuyến nghị bố trí cơng tác thí nghiệm Mục lục nhieu.dcct@gmail.com MỞ ðẦU Thí nghiệm thấm cơng tác chủ yếu ñiều tra ñịa chất thuỷ văn, ñược tiến hành nhằm giải nhiều vấn ñề kinh tế quốc dân khác Dạng cơng tác có ý nghĩa đặc biệt tìm kiếm thăm dò nước ñất phục vụ cho cung cấp nước tưới; hệ thống Bộ địa chất Liên Xơ mặt cơng tác tìm kiếm thăm dò thường chiếm khoảng 50 - 60% tổng ñầu tư hàng năm ngân sách quốc gia vào lĩnh vực “ðịa chất thủy văn địa chất cơng trình” Vì vậy, việc hồn thiện phương pháp thí nghiệm thấm chỉnh lý tài liệu thí nghiệm có tầm quan trọng đặc biệt có ý nghĩa quan trọng hàng đầu tồn cơng tác tìm kiếm thăm dò nước đất Phương pháp tiến hành thí nghiệm chỉnh lý kết thí nghiệm đề cập nhiều tài liệu, sách báo Nhưng tài liệu xuất trước năm sáu mươi khơng xét đến thành tựu ñộng lực học nước ñất thay ñổi quan trọng phương pháp tiến hành thí nghiệm tác động thành tựu Trong cơng trình nghiên cứu xuất muộn hơn, phương pháp tiến hành thí nghiệm chỉnh lý số liệu thí nghiệm dựa sở lý thuyết thủy động lực ñại, thực tế ñề cập ñến kỹ thuật chỉnh lý số liệu hút nước áp dụng cho ñiều kiện tương ñối lý tưởng mà khơng xét đến đặc điểm tự nhiên mỏ nước đất Trong đó, đa dạng điều kiện địa chất thuỷ văn, mà tiến hành thí nghiệm thấm, đặc tính phức tạp hình thành động thái nước đất hút nước thí nghiệm, quy luật biến ñổi lưu lượng mực nước ảnh hưởng yếu tố khác nhau, tất điều đòi hỏi phải phân tích giải thích số liệu thí nghiệm để xác định thơng số địa chất thuỷ văn Mặc dù cách giải có sở lý thuyết chắn, tất phương pháp có giá trị áp dụng ñiều kiện tự nhiên cụ thể Các tác giả sách đặt cho nhiệm vụ phân tích sở phương pháp chỉnh lý giải thích số liệu thí nghiệm, có xét đến ñặc ñiểm riêng tầng chứa nước ñiều kiện ñịa chất thuỷ văn khác nhau, giới thiệu phương pháp bố trí tiến hành thí nghiệm q trình tìm kiếm thăm dò nước ñất phục vụ cho cung cấp nước ñây khác với tài liệu có, phần lớn phương pháp chỉnh lý giải thích số liệu hút nước thí nghiệm thí nghiệm tự chảy trình bày tài liệu nghiên cứu ñịa chất thuỷ văn cụ thể tiến hành tìm kiếm thăm dò nước đất điều kiện địa chất thuỷ văn khác Khi biên soạn sách ñã sử dụng nhiều tài liệu thực tế thí nghiệm thấm quan sản xuất khác thuộc Bộ địa chất Liên Xơ tiến hành đối tượng thấm cụ thể Khơng nên coi sách tài liệu tổng hợp mà ñó có nêu ñầy ñủ ñặc ñiểm tất phương pháp chỉnh lý giải thích số liệu thí nghiệm thấm Nhiệm vụ chủ yếu sách phân tích phương pháp tiến hành thí nghiệm chỉnh lý kết thí nghiệm thấm điều tra cung cấp nước Trong sách phân tích phương pháp theo quan ñiểm tác giả phù hợp ñiều kiện tự nhiên cụ thể Trong tác phẩm khơng đề cập đến vấn đề kỹ thuật tiến hành thí nghiệm (cấu trúc lỗ khoan, thiết bị ống lọc, thiết bị bơm, dụng cụ ño lưu lượng mực nước ) mà ñã giới thiệu ñầy ñủ tài liệu khác Cũng với lý này, khơng giới thiệu phương pháp lập ñường cong lưu lượng, phương pháp tính sức kháng dọc theo lỗ khoan ống lọc, yếu tố khác (ñộ nhiệt, yếu tố khí v.v ) thể rõ lỗ khoan sâu khơng xét đến việc xác định thơng số theo tài liệu khai thác nhieu.dcct@gmail.com Cuốn sách viết cho kỹ sư địa chất thuỷ văn chun tìm kiếm thăm dò nước đất cho cung cấp nước Nó dùng để chỉnh lý số liệu thí nghiệm thấm ñược tiến hành nhằm giải nhiệm vụ khác (khai thác mỏ khoáng sản, tưới, xây dựng cơng trình thủy cơng…) bổ ích cho sinh viên ngành ñịa chất thuỷ văn học giáo trình “Phương pháp nghiên cứu địa chất thuỷ văn” “Tìm kiếm thăm dò nước đất” Khi biên soạn sách, tác giả phân công sau: tiết chương 2, chương 6, 11 B V Borevxki viết (tiết chương có tham gia B G Xamxonov); chương 3, 4, 5, tiết chương 7, tiết 1, chương 10 B G Xamxonov ; lời mở ñầu, chương L X Iazvin viết ; tiết chương 2, tiết chương 7, tiết chương 10 chương 12 B G Xamxonov L X Iazvin viết Tổng biên tập L X Iazvin Các thành phần tính tốn chủ yếu O I Bracova L I Crivoseera hồn thành Các phần ñồ thị L I Crivoseera nhieu.dcct@gmail.com Chương CÁC DẠNG HÚT NƯỚC VÀ MỤC ðÍCH HÚT NƯỚC ðẶC ðIỂM ðỘNG THÁI CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT KHI TIẾN HÀNH HÚT NƯỚC TRONG NHỮNG ðIỀU KIỆN ðỊA CHẤT THUỶ VĂN KHÁC NHAU CÁC DẠNG HÚT NƯỚC VÀ MỤC ðÍCH CỦA CHÚNG Hiện tất dạng hút nước tiến hành tìm kiếm thăm dò kiểu mỏ nước đất khác chia thành ba dạng sau: hút nước thử, hút nước thí nghiệm hút nước khai thác thí nghiệm Sự khác mục đích ba dạng hút nước định phương pháp tiến hành thí nghiệm thể chủ yếu thời gian kéo dài thí nghiệm kết cấu chùm thí nghiệm Vì vậy, để tiến hành cơng tác thí nghiệm, trước tiên cần xác định nhiệm vụ mà việc nghiên cứu thí nghiệm thấm cần giải Hút nước thử dạng phổ biến tìm kiếm thăm dò nước đất, thực tế ñược tiến hành tất lỗ khoan q trình khảo sát địa chất thủy văn (lỗ khoan tìm kiếm, thăm dò quan sát) Hút nước thử (hoặc tháo nước) ñược thực ñể ñánh giá sơ tính chất thấm ñất ñá chứa nước chất lượng nước ñất ñối với khoảnh ñới khác Hút nước thí nghiệm dạng cơng tác địa chất thủy văn chủ yếu ñược tiến hành giai ñoạn thăm dò sơ thăm dò tỷ mỷ Hút nước thí nghiệm tiến hành để giải vấn ñề sau ñây: 1) Xác ñịnh thông số ñịa chất thủy văn chủ yếu tầng chứa nước (hệ số thấm, ñộ dẫn nước, ñộ truyền áp ñộ truyền mực nước, ñộ nhả nước, chảy xuyên tầng, bán kính ảnh hưởng dẫn dùng, sức cản chung trầm tích lòng sơng) 2) Nghiên cứu điều kiện biên tầng chứa nước bình đồ mặt cắt (quan hệ nước ñất nước mặt, quan hệ tầng chứa nước lân cận ) 3) Xác ñịnh quan hệ lưu lượng mực nước hạ thấp lỗ khoan 4) Xác ñịnh trị số hao hụt mực nước khu vực bố trí cơng trình lấy nước lỗ khoan khai thác làm việc đồng thời Tùy theo có hay khơng có lỗ khoan quan sát, hút nước thí nghiệm ñược chia thành hút nước chùm hút nước ñơn Hút nước thí nghiệm ñơn ñược tiến hành ñể xác ñịnh quan hệ lưu lượng trị số mực nước hạ thấp Khác với hút nước thử, hút nước thí nghiệm tiến hành với hai - ba cấp lưu lượng Hút nước chùm dạng chủ yếu cơng tác hút nước thí nghiệm, nghiên cứu điều kiện biên, xác định thí nghiệm trị số hao hụt mực nước Dạng khác thí nghiệm hút nước chùm thí nghiệm hút nước nhóm, tiến hành ñể nghiên cứu quan hệ tầng chứa nước xác định thơng số địa chất thủy văn trường hợp lấy nước từ lỗ khoan đơn khơng thể đảm bảo độ xác cần thiết tính tốn trị số hạ thấp mực nước tuyệt đối khơng lớn Hút nước khai thác thí nghiệm từ lỗ khoan tiến hành giai đoạn thăm dò tỷ mỷ ñiều kiện ñịa chất thủy văn thủy hóa phức tạp khơng thể biểu diễn dạng sơ đồ tính tốn nhieu.dcct@gmail.com Mục đích hút nước khai thác thí nghiệm xác định quy luật thay ñổi mực nước ñất chất lượng nước ñất lấy lượng nước ñịnh Khi thiết kế hút nước khai thác thí nghiệm ñiều kiện thủy hóa phức tạp, cần ý nên tiến hành hút nước khai thác thí nghiệm ñể xác ñịnh thực nghiệm thay ñổi chất lượng nước nguy kéo nước khơng đạt tiêu chuẩn sử dụng mặt cắt thẳng ñứng trường hợp cơng trình lấy nước bố trí gần (vài chục mét) ranh giới phân bố nước ñất có thành phần khơng đạt tiêu chuẩn sử dụng xâm nhập vào Khi khoảng cách lớn, thời gian dịch chuyển ranh giới kéo dài hàng năm thay đổi chất lượng khơng thể đánh giá q trình hút nước Tuỳ theo giai ñoạn ñiều tra ñịa chất thủy văn, ñiều kiện ñịa chất thủy văn phương pháp áp dụng ñánh giá trữ lượng khai thác nước đất theo tài liệu hút nước giải nhiệm vụ kể giải ñồng thời số nhiệm vụ Trong ña số trường hợp cơng tác thí nghiệm thấm tiến hành chủ yếu để xác định thơng số địa chất thủy văn, nhiều tiến hành hút nước để giải nhiều nhiệm vụ khác (ví dụ, áp dụng phương pháp thủy lực ñể ñánh giá trữ lượng khai thác nước ñất) Do mục đích cuối cơng tác thí nghiệm thấm thu thập số liệu cần thiết ñể ñánh giá ñịnh lượng nguồn chủ yếu hình thành trữ lượng khai thác nước ñất, nên chọn phương pháp cơng tác cần tính đến khả thực tế xác định số nguồn q trình hút nước thí nghiệm Ngồi ra, thiết kế hút nước mục đích xác định thơng số địa chất thủy văn, ñánh giá ảnh hưởng ranh giới khác vỉa (trên bình đồ mặt cắt) ñặc ñiểm ñặc biệt cấu trúc ñá chứa nước ñối với quy luật hạ thấp mực nước đất ðiều cần thiết để xét ảnh hưởng yếu tố tính thơng số ðể phân tích vấn đề xem xét quy luật thay ñổi mực nước theo thời gian (quy luật ñộng thái hút nước) ñiều kiện ñịa chất thủy văn khác VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT KHI HÚT NƯỚC TRONG NHỮNG ðIỀU KIỆN ðỊA CHẤT THUỶ VĂN KHÁC NHAU Quá trình phát triển hình phễu hạ thấp theo thời gian hút nước phức tạp, hình thành bề mặt mực nước xảy tác dụng nhiều yếu tố, giai đoạn đầu tháo khô vỉa (trong tầng chứa nước không áp) ảnh hưởng ñộng thái ñàn hồi (trong tầng áp lực) yếu tố quan trọng Khi tăng thời gian hút nước, kích thước hình phễu hạ thấp lớn, nên số trường hợp, trình chảy xuyên từ tầng chứa nước nằm nằm thu nước đất ñiều kiện tự nhiên, ranh giới khác vỉa bình đồ mặt cắt bắt đầu có ảnh hưởng đến hình thành phễu hạ thấp mực nước Trong nhiều trường hợp dao ñộng tự nhiên mực nước trùng hợp với quy luật thay ñổi mực nước theo thời gian hút nước gây Ngồi đặc tính thay đổi mực nước phức tạp yếu tố kỹ thuật gây (ví dụ, dao động lưu lượng q trình hút nước) Như vậy, động thái nước đất hút nước thí nghiệm ba yếu tố ñịnh: 1) Các ñiều kiện ñịa chất thủy văn (cấu trúc hệ tầng chứa nước ñiều kiện ranh giới vỉa bình ñồ mặt cắt) 2) ðộng thái tự nhiên nước ñất 3) ðiều kiện kỹ thuật tiến hành thí nghiệm nhieu.dcct@gmail.com Ảnh hưởng nhiều đến động thái nước đất hút nước thí nghiệm yếu tố thuộc nhóm thứ Vì vậy, nghiên cứu vắn tắt quy luật ñộng thái trường hợp ñịa chất thủy văn ñiển hình khác đặc trưng điều kiện khác ranh giới tầng chứa nước bình đồ mặt cắt cấu trúc ñất ñá chứa nước Dựa vào ñặc ñiểm ñộng thái nước ñất cần xét ñến phân tích số liệu thí nghiệm thấm xác định thơng số địa chất thủy văn cần điển hình hóa điều kiện địa chất thủy văn theo ñặc ñiểm ñộng thái nước ñất thành dạng sau: Những tầng chứa nước vô hạn, ñồng ñộ thấm trụ lớp ñược cách ly: a) Các tầng chứa nước có áp trầm tích bở rời b) Các tầng chứa nước khơng có áp trầm tích bở rời c) Các tầng chứa nước có áp khơng áp đá nứt nẻ Những tầng chứa nước gồm nhiều lớp: a) Hệ tầng chứa nước có cấu tạo hai lớp b) Hệ tầng chứa nước có cấu tạo nhiều lớp Những tầng chứa nước hữu hạn: a) Các tầng chứa nước có liên hệ với dòng khối lượng nước mặt b) Các tầng chứa nước ñược giới hạn ranh giới không thấm nước c) Các tầng chứa nước gồm ñới riêng biệt với ñộ dẫn nước nhả nước khác d) Những khoảnh tầng chứa nước có ổ cung cấp nước cục Chúng ta phân tích vắn tắt quy luật thay ñổi mực nước ñiều kiện điển hình hút nước với lưu lượng khơng đổi Việc phân tích tỷ mỷ kiểu ñược trình bày chương sau ðộng thái nước đất hút nước thí nghiệm từ tầng chứa nước có áp lực vơ hạn trầm tích bở rời Trong tầng áp lực bị cách ly mực nước hạ thấp hình thành xuất động thái ñàn hồi nước ñất Quan hệ mực nước hạ thấp thời gian ñược biểu diễn biểu thức Theis có dạng sau [182]: S=− -  r2  Q  Ei  − 4πkm  at  (1.1) Ở ñây: S - áp lực hạ thấp ñiểm cách lỗ khoan hút nước ñoạn r sau thời gian t, tính từ bắt đầu hút nước Q - lưu lượng hút nước a - hệ số truyền áp nhieu.dcct@gmail.com Ei - hàm số mũ tích phân Sau thời gian định (khoảng cách từ lỗ khoan theo dõi mực nước hạ thấp ñến lỗ khoan hút nước lớn thời gian lớn) hàm số tích phân Ei thực tế biến thành hàm số logarit mực nước hạ thấp theo thời gian ñược biểu diễn quan hệ logarit [183]: S= 0,183Q 2,25 at lg km r2 (1.2) Thời gian cho phép thay hàm số tích phân hàm số logarit gọi thời gian ñạt ñến ñộng thái gần ổn định, đới tồn quan hệ logarit mực nước thời gian hạ thấp gọi ñới (miền) ñộng thái gần ổn ñịnh ðặc ñiểm khác biệt đới tốc độ hạ thấp mực nước tất điểm phạm vi đới giống Nói cách khác, đới đường cong hạ thấp theo thời gian di chuyển song song với Thời gian đạt đến (t0) bán kính đới (r0) động thái gần ổn định xác định theo cơng thức: t0 ≥ 2,5r a r0 = 0,63 at (1.3) (1.4) Hình Như vậy, vỉa có áp lực bị cách ly hạ thấp mực nước sau thời gian định tính từ bắt đầu hút nước có quan hệ với logarit thời gian quan hệ đường thẳng ðó sở phương pháp giải tích đồ thị xác định thơng số cách phân tích đồ thị S - lgt Q trình thay đổi mực nước vỉa có áp bị cách ly đồ thị nửa logarit nêu hình 1.a Trên đồ thị S = f(lgt) tách làm hai ñoạn Trên ñoạn I ñiểm đồ thị khơng nằm đường thẳng ðoạn tương ứng với thời kỳ khơng có quan hệ logarit mực nước hạ thấp thời gian ðoạn II ñường thẳng phản ánh quy luật thay ñổi mực nước ñộng thái gần ổn ñịnh Thời gian kéo dài thời kỳ thứ tầng chứa nước áp lực thường không lớn lỗ khoan quan sát nằm sát lỗ khoan trung tâm nhỏ 100m, thời gian khơng vượt q 0,5 - 1,0 ngày đến vài ngày khoảng cách vượt q 300 - 500 mét ðộng thái nước ñất hút nước thí nghiệm từ tầng chứa nước khơng áp trầm tích bở rời Khi hút nước từ tầng chứa nước khơng áp mực nước hình thành tháo khơ vỉa nói chung có quy luật tương tự quy luật hạ thấp mực nước tầng chứa nước có áp bị cách ly Nhưng giai ñoạn ñầu hút nước chế ñộ vận ñộng nước ñất trở nên phức tạp số yếu tố đặc biệt, chủ yếu thay ñổi tác dụng nhả nước theo thời gian xuất thành phần thẳng ñứng tốc độ thấm cạnh lỗ khoan Vì lẽ đó, quan hệ mực nước hạ thấp dẫn dùngS(*) logarit thời gian có dạng phức tạp nhiều so với nước áp lực Trong số trường hợp tổng quát, ñồ thị S = f(lgt) tách thành đoạn (xem hình 1.b) Trong thời kỳ đầu hút nước mực nước hình thành thực tế tầng có áp bị cách ly với nhả nước đàn hồi Nói cách nghiêm túc đoạn gồm hai thời kỳ - thời kỳ tương ứng với quan hệ hàm số mũ, thời kỳ quan hệ mực nước hạ thấp thời gian quan hệ logarit Nhưng thực tế, thời gian kéo dài ñoạn tính phút, đoạn thứ hồn tồn khơng cần ý tới, ý đến phần logarit nhieu.dcct@gmail.com Trong thời kỳ thứ hai hút nước gây thay đổi mạnh góc dốc đồ thị thay ñổi chậm tốc ñộ hạ thấp mực nước trình hình thành nhả nước trọng lực Hiệu ứng sách tham khảo gọi hiệu ứng Boulton viết phương trình Jacob - Hantush vỉa có áp, có chảy xuyên qua Sự ổn ñịnh thực tế mực nước vào cuối thời kỳ ñặc ñiểm ñặc trưng cho thời kỳ Chính mà thời kỳ thứ hai gọi thời kỳ ñộng thái giả ổn ñịnh Thời gian kéo dài thời kỳ phụ thuộc vào hệ số thấm tầng chứa nước, ñộ nhả nước chiều dày nó, kinh nghiệm hút nước từ tầng chứa nước không áp chứng tỏ, nhiều trường hợp khoảng vài ngày Sự có mặt thời kỳ động thái giả ổn định đòi hỏi phải có u cầu đặc biệt phương pháp hút nước thí nghiệm Nếu hút nước kết thúc trước bắt đầu thời kỳ thứ ba rút kết luận khơng tin cậy vận động ổn định thực tế, ví dụ cho ổn định ảnh hưởng quan hệ qua lại nước ñất nước mặt gây ðoạn thứ ba - cuối - ñồ thị S = f(lgt) tương ứng với mơ logarit theo phương trình Theis nhả nước trọng lực Như tầng chứa nước trầm tích bở rời khơng áp khác với vỉa chứa nước áp lực ñộng thái ổn ñịnh nhả nước trọng lực hình thành chậm Nên ý phương diện vật lý trình làm phức tạp quy luật thay ñổi mực nước ñất theo thời gian chưa nghiên cứu đầy đủ Phân tích số liệu thực tế cho thấy hai ñoạn ñầu đồ thị khơng phải trường hợp hình thành ðồng thời việc chưa nghiên cứu đầy đủ q trình thay đổi độ nhả nước, chưa có lời giải chặt chẽ mặt lý thuyết nên không cho phép dự đốn trước điều kiện phát sinh phức tạp ðộng thái nước đất hút nước thí nghiệm từ tầng chứa nước đá nứt nẻ Q trình vận ñộng nước ñất ñá nứt nẻ điều kiện có áp khơng có áp ñược ñặc trưng nhiều ñặc ñiểm ñặc biệt so với thấm ñá dạng hạt ảnh hưởng lớn ñến quy luật thay ñổi mực nước hạ thấp ñá nứt nẻ hiệu ứng “lỗ hổng kép” có liên quan với ảnh hưởng khác hai kiểu lỗ hổng (lỗ hổng khe nứt, khe nứt lớn khe nứt bé) Sự có mặt hiệu ứng “lỗ hổng kép” giải thích thay ñổi ñộ nhả nước thật theo thời gian dẫn ñến việc biến dạng ñồ thị S = f(lgt), trường hợp tổng quát ñồ thị ñược chia thành hai đoạn (khơng tính đến đoạn có liên quan với ảnh hưởng ranh giới bên vỉa) ðoạn thứ (xem hình 1.c) thoải thực tế nằm ngang (đơi nhánh bên trái I.a dốc phát sinh xuất hiệu ứng “lỗ hổng kép” ñất ñá nứt nẻ thời gian chậm ñặc trưng có liên quan tới “lỗ hổng kép”) ðoạn thứ hai dốc hơn, thực tế thường ñường thẳng tương ứng với thời kỳ vận ñộng nước ñất ñá nứt nẻ tuân theo quy luật giống nước đất vỉa có lỗ hổng Nói chung, đặc điểm đồ thị S = f(lgt) đá nứt nẻ vỉa khơng áp có hiệu ứng Boulton hồn tồn giống ðộng thái nước đất hút nước thí nghiệm hệ tầng chứa nước có cấu tạo hai lớp Hệ thống chứa nước gồm hai lớp với tính chất thấm chứa nước khác ñặc trưng cho bồn actêzi kiểu miền mỏ nước thung lũng sơng Có thể chia thành hai kiểu cấu trúc hệ tầng chứa nước nằm nông bị phủ tầng chứa nước khác khơng có áp Tầng phủ thường trầm tích khác thành phần (á cát, sét, cát) ñược phân biệt ñộ thấm nhỏ hơn, với tốc ñộ nhả nước lớn so với tầng chứa nước áp lực Hệ tầng chứa nước gồm hai lớp kiểu thứ hai ñặc trưng có mặt tầng chứa nước áp lực bị phủ hệ tầng trầm tích sét dày nhieu.dcct@gmail.com Trên hình 1.d biểu diễn quy luật thay ñổi mực nước hạ thấp theo thời gian hút nước từ hệ tầng chứa nước gồm lớp kiểu thứ Từ hình vẽ ta thấy đồ thị S = f(lgt) ñược chia thành thời kỳ tương tự với thời kỳ ñã ñược nghiên cứu phân tích hút nước từ tầng chứa nước khơng áp trầm tích bở rời có mặt hiệu ứng Boulton Trong thời kỳ ñầu, thực tế vận ñộng tầng chứa nước áp lực, thời kỳ thứ hai ñặc trưng ñộng thái giả ổn ñịnh, xảy thay đổi khơng lớn thời kỳ thứ ba thấm xảy tương tự vỉa bị cách ly với hệ số dẫn nước lớp hệ số nhả nước lớp Thời gian kéo dài thời kỳ chủ yếu phụ thuộc vào hệ số thấm, chiều dày ñộ nhả nước lớp khoảng cách lỗ khoan quan sát lỗ khoan trung tâm (*) Mực nước hạ thấp dẫn dùng (S - mực nước hạ thấp có tính đến thay đổi chiều dày tầng chứa nước S = S(2H -S ) Trong nhiều trường hợp, ñặc biệt ñối với lỗ khoan quan sát xa, nói chung thời kỳ đầu khơng ghi nhận ñược ñồ thị phân biệt ñược thời kỳ thứ hai thời kỳ thứ hai thứ ba Việc tính tốn theo thời kỳ thứ hai khơng ý đến ảnh hưởng lớp có mặt hiệu ứng Boulton hiệu ứng “lỗ hổng kép” đá nứt nẻ làm trị số ñộ dẫn nước thu ñược tăng lớn chí dẫn đến kết luận khơng ñúng (ví dụ, ổn ñịnh thực tế vận ñộng) Phân tích tài liệu thực tế quy luật lý thuyết vận ñộng nước ñất hệ tầng chứa nước hai lớp chứng tỏ ñiều kiện thực tế hệ số thấm lớp lớn 0,1 m/ng, thời kỳ thứ ba hút nước bắt ñầu sau 10 - 15 ngày kể từ bắt đầu thí nghiệm Khi hệ số thấm lớp nhỏ, thời kỳ thứ ba xuất sau hàng trăm ngày, kể từ bắt ñầu hút nước Khi hút nước từ hệ tầng chứa nước gồm hai lớp kiểu thứ hai, theo lý thuyết dạng ñồ thị S = f(lgt) phải giống ñồ thị tương ứng với hệ tầng chứa nước hai lớp kiểu thứ Nhưng độ nhả nước đàn hồi hệ số thấm xuyên lớp sét phủ bên nhỏ nên thời kỳ ñộng thái giả ổn ñịnh thường không xảy hút nước với thời gian kéo dài hay dùng thực tế Vì quy luật thay ñổi mực nước ñiều kiện nghiên cứu thực tế giống vỉa chứa nước có áp lực bị cách ly thường khó phát ñược chảy xuyên hút nước thí nghiệm ðộng thái nước đất hút nước thí nghiệm hệ tầng chứa nước cấu tạo nhiều lớp Trường hợp hệ tầng chứa nước cấu tạo nhiều lớp (xen kẽ lớp chứa nước lớp thấm nước kém) dạng ñiển hình bồn actezi kiểu miền mỏ nước đất nằm nón phóng vật Trong điều kiện đó, khai thác tầng chứa nước riêng biệt, trình chảy xuyên qua lớp ngăn cách thấm nước đóng vai trò lớn hình thành trữ lượng khai thác nước ñất Mức ñộ ảnh hưởng trình đến động thái nước đất hút nước phát phân tích đồ thị S = f(lgt) biểu diễn hình 1.e hình 1.g Trên hình 1.e biểu diễn quy luật thay ñổi mực nước hạ thấp tầng chứa nước ñược khai thác vỉa cung cấp có áp lực khơng đổi hình 1.g - áp lực thay đổi Hình 1.e cho thấy chảy thường xun qua với mực nước khơng đổi vỉa cung cấp, ñồ thị S = f(lgt) thoải ổn ñịnh sau Thời gian kéo dài thời kỳ ñầu hút nước, thời kỳ hạ thấp mực nước xảy tương tự vỉa vô hạn bị cách ly phụ thuộc vào tính thấm nước chứa nước tầng chứa nước thí nghiệm, hệ số thấm chiều dày lớp ngăn cách thấm nước yếu, khoảng cách từ lỗ khoan trung tâm ñến lỗ khoan quan sát Sự phân tích số quan hệ xác ñịnh quy luật vận ñộng nước ñất ñến lỗ khoan hệ thống phân lớp với mực nước lớp cung cấp khơng đổi chứng tỏ điều kiện tự nhiên thực tế thời gian kéo dài thời kỳ đo hàng chục nhieu.dcct@gmail.com 10 hàng trăm ngày, vượt xa thời gian hút nước thí nghiệm thông thường Trừ trường hợp hệ thống nhiều lớp có trầm tích thấm nước ngăn cách sét, cát với hệ số thấm khoảng 10-2 - 10-3 m/ngày chiều dày không lớn 20 - 30 m Trong điều kiện đó, sau vài ngày, kể từ bắt ñầu hút nước ñồ thị S = f(lgt) thoải ñạt ñược mực nước ổn định, cơng trình nghiên cứu F M Botsever [29] ñã rõ thời gian ổn ñịnh thực tế độ nhả nước đàn hồi µ* tầng chứa nước thí nghiệm hệ số sức cản lớp phân cách (giá K trị ñại lượng , ñây K0 - hệ số thấm lớp phân cách ; m0 - chiều dày nó) định m0 K Ví dụ, µ* = 10-3 K0 = 10-5, thời gian 300 - 500 ngày, µ*= 10-4 = 10 −5 , m0 tương ứng 30 - 50 ngày Trên hình 1.g biểu diễn đường cong thay đổi mực nước tầng tầng ñối với trường hợp vỉa nước cung cấp xảy thay đổi áp lực Nói chung thời kỳ đầu hút nước, quy luật thay đổi mực nước khơng đổi Nhưng khác với trường hợp trước, ñây ổn ñịnh hút nước không xảy giảm nhịp ñộ hạ thấp mực nước so với vỉa bị ngăn cách ñược tiến hành quan sát Trị số hạ thấp mực nước tầng chứa nước xảy thấm xun qua thời gian thí nghiệm thường khơng lớn Lúc hạ thấp mực nước K tầng chứa nước tăng giảm sức kháng lớp bị ngăn cách (ñại lượng ) m0 giảm ñộ nhả nước tầng gây thấm xuyên qua Như vậy, nên bố trí thí nghiệm ñể nghiên cứu quan hệ tầng chứa nước gồm nhiều lớp số trường hợp có ñủ tiền ñề ñịa chất chảy xuyên qua, ví dụ cửa sổ thủy lực Khi tiến hành cơng tác thí nghiệm cần tổ chức quan sát mực nước tầng mà từ xảy thấm xuyên ðồng thời trình chảy xuyên xuất sau thời gian dài kể từ bắt ñầu hút nước, ñể xác ñịnh thông số ñịa chất thủy văn dùng quan hệ mà khơng xét ñến chảy xuyên từ tầng chứa nước lân cận ðộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước có liên hệ với dòng khối nước mặt Yếu tố chủ yếu ñịnh ñộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước có quan hệ thủy lực với dòng khối nước mặt bơm lấy phần trữ lượng thiên nhiên nước ñất (sự tháo khơ vỉa) hấp thu dòng nước mặt Trong thời kỳ ñầu hút nước yếu tố định q trình thứ (sự tháo khơ vỉa) với tất quy luật trình bày phần Trong thời gian mực nước hạ thấp tăng liên tục Sau khoảng thời gian đó, kể từ bắt đầu hút nước, có mặt ranh giới mặt (sông khối nước mặt) bắt ñầu ảnh hưởng ñến ñộng thái nước đất ảnh hưởng thể giảm nhịp ñộ hạ thấp mực nước, vận động nước đất hồn tồn ổn ñịnh Thời gian ổn ñịnh ñộ nhả nước ñộ dẫn nước tầng thí nghiệm, khoảng cách từ lỗ khoan đến sơng chủ yếu trị số tổng sức kháng đáy sơng, khối nước mặt ñịnh Sức kháng lại phụ thuộc vào thông số lớp thấm nước yếu lòng sơng (chiều dày hệ số thấm nó), chiều rộng sơng, ñộ dẫn nước tầng thí nghiệm chiều sâu sơng cắt vào tầng chứa nước Trên hình 1.h biểu diễn quy luật thay ñổi mực nước hạ thấp đất hút nước gần sơng trường hợp mực nước đất nước mặt có liên hệ hồn chỉnh khơng hồn chỉnh ðể tiện so sánh, hình vẽ đó, biểu diễn quan hệ tương ứng với vỉa vơ hạn (khơng tính đến hiệu ứng Boulton) nhieu.dcct@gmail.com 11 Phân tích đồ thị biểu diễn hình 1.h cho thấy vận động nước đất điều kiện đạt đến đặc ñiểm ổn ñịnh nhanh Khi có liên hệ hồn chỉnh* nước đất nước mặt, động thái thấm ổn ñịnh ñiều kiện thực tế thường xảy sau vài giờ, kể từ bắt ñầu hút nước ðồng thời sức kháng trầm tích lòng sơng làm tăng giá trị tuyệt đối mực nước hạ thấp kéo dài đoạn thấm khơng ổn ñịnh Thời gian kéo dài thời kỳ chủ yếu phụ thuộc vào hệ số thấm lớp thấm nước kém, chiều dày ñạt ñến vài tháng * Sự liên hệ hoàn chỉnh lòng sơng cắt qua tồn tầng chứa nước khơng có màng ngăn cách lắng đọng Các ñường cong hình 1.h ñặc trưng cho quy luật thay ñổi mực nước ñộng thái thấm liên tục, tức mực nước khơng hồn tồn tách khỏi ñá lớp thấm nước Trong trường hợp, hút nước mà mực nước đất hồn tồn tách khỏi đáy lớp thấm nước sơng vị trí “treo” thời gian kéo dài thời kỳ thấm khơng ổn định lớn Khi khai thác nước đất cơng trình lấy nước ven bờ lỗ khoan bố trí thành dãy tuyến dài, nói chung ổn ñịnh khó xảy Do ñó, hút nước thí nghiệm, điều quan trọng phải xác ñịnh ñiều kiện thấm liên tục thay thấm tự theo chiều thẳng ñứng ðể giải vấn ñề cần phải có số liệu thay đổi mực nước đất q trình hút nước khơng vùng có lỗ khoan thí nghiệm mà thay đổi mực nước sơng Nên ý việc xác định sức kháng trầm tích nhiệm vụ quan trọng hút nước thí nghiệm điều kiện nói ðộng thái nước đất hút nước từ tầng chứa nước bị giới hạn ranh giới không thấm nước Khi hút nước từ lỗ khoan nằm gần ranh giới không thấm nước, sau thời gian ñịnh, kể từ bắt ñầu hút nước, ranh giới vỉa bắt ñầu ảnh hưởng ñến quy luật thay đổi mực nước Khi đó, tuỳ theo số lượng ranh giới tác dụng, vị trí chúng, bố trí lỗ khoan trung tâm lỗ khoan quan sát, ảnh hưởng ranh giới ñược thể ña dạng, tất trường hợp ñều dẫn ñến tăng nhịp ñộ hạ thấp mực nước so với thời kỳ trước làm biến dạng ñoạn cuối ñồ thị S = lgt Khoảng thời gian mà ranh giới không thấm nước (các biên) thực tế chưa thể phụ thuộc vào khoảng cách từ ranh giới đến lỗ khoan hệ số truyền áp (truyền mực nước) Hình dáng ñoạn bị biến dạng ñồ thị phụ thuộc vào số lượng ranh giới vị trí phân bố tương ứng chúng Ví dụ, trường hợp mực nước hạ thấp hình thành ảnh hưởng ranh giới khơng thấm nước đoạn thẳng cuối đồ thị S - lgt có góc nghiêng lớn hai lần so với góc nghiêng đoạn trước Nếu miền ảnh hưởng hút nước có hai ranh giới khơng thấm nước vng góc với (“lớp hình vng”) đoạn cuối đoạn thẳng nhịp ñộ giảm mực nước bốn lần lớn so với mức ñộ giảm mực nước vỉa chứa nước vô hạn Trong trường hợp hai ranh giới khơng thấm nước song song (“lớp dạng dải”) bắt đầu ảnh hưởng đến trị số mực nước hạ thấp, mực nước hạ thấp thời gian có quan hệ luỹ thừa Trong điều kiện đồ thị S - lgt xuất đoạn cong có hướng lồi quay phía trục lgt Khi có ranh giới khơng thấm nước vòng tròn mà quan hệ mực nước hạ thấp thời gian quan hệ ñường thẳng đặc tính xuất ñoạn cuối ñồ thị S - lgt Vì ảnh hưởng ranh giới gây phức tạp nhiều cho việc xác định thơng số địa chất thủy văn thiết kế hút nước nên bố trí chùm thí nghiệm thời gian hút nước kéo nhieu.dcct@gmail.com 12 dài để nhận ñược ñoạn tiêu biểu ñồ thị S - lgt không chịu ảnh hưởng ranh giới Nhưng nên nhớ rằng, nhiều trường hợp, thực tế loại trừ ảnh hưởng ranh giới chỉnh lý số liệu hút nước cần phải sử dụng quan hệ có xét đến ảnh hưởng ranh giới ðồng thời để đánh giá vai trò ranh giới (xác định ranh giới khơng thấm nước thấm nước yếu) thời gian hút nước phải ñủ dài ñể nhận ñược ñoạn ñồ thị biểu diễn ảnh hưởng ranh giới ðộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước gồm ñới với ñộ dẫn nước (hoặc) ñộ nhả nước khác Trong trường hợp hút nước thí nghiệm từ lỗ khoan bố trí gần ranh giới đới có độ dẫn nước nhả nước khác với tầng thí nghiệm vỉa hữu hạn ñề cập ñến trên, thay ñổi nhịp ñộ hạ thấp mực nước có liên quan đến ảnh hưởng ranh giới Chúng ta xét hai trường hợp thường hay gặp 1) Tầng chứa nước gồm hai ñới khác ñộ dẫn nước, độ nhả nước Các điều kiện ñặc trưng cho tầng chứa nước có áp lực 2) Tầng chứa nước gồm hai ñới giống ñộ dẫn nước, khác ñộ nhả nước Những trường hợp thường gặp hút nước gần miền xuất lộ vỉa chứa nước, tầng chứa nước miền xuất lộ có động thái khơng áp Trong ñiều kiện ñộ nhả nước ñàn hồi phát sinh miền áp lực vỉa miền khơng áp - động thái trọng lực có ñộ nhả nước khác với ñiều kiện ñàn hồi Trong trường hợp thứ nhất, quy luật thay ñổi mực nước hút nước từ đới có độ dẫn nước cao hơn, thực tế tương tự với quy luật hút nước từ vỉa bị giới hạn biên không thấm nước Trong trường hợp này, ñồ thị S - lgt xuất đoạn thẳng cuối có độ dốc lớn ñộ dốc ñoạn trước phụ thuộc vào quan hệ ñộ dẫn nước hai ñới Khoảng thời gian mà thực tế chưa xảy ảnh hưởng ranh giới, trường hợp trước, phụ thuộc vào khoảng cách ñến ranh giới hệ số truyền áp đới thí nghiệm Tuỳ thuộc vào thời gian hút nước khoảng cách từ lỗ khoan quan sát ñến lỗ khoan trung tâm ñến ranh giới lớp mà ñồ thị S = lgt phân biệt hai ñoạn thẳng Nếu lỗ khoan quan sát bố trí gần lỗ khoan trung tâm hút nước ngắn có đoạn thẳng tương ứng với thơng số đới thí nghiệm khơng bị ảnh hưởng ranh giới Khi thời gian hút nước kéo dài ñối với lỗ khoan quan sát xa hơn, ñồ thị phân biệt ñược hai ñoạn thẳng Nếu lỗ khoan quan sát nằm gần ranh giới phân chia lỗ khoan trung tâm, ñồ thị phân biệt ñược ñoạn thẳng với độ dốc phụ thuộc vào thơng số hai ñới Quy luật thay ñổi mực nước theo thời gian có mặt ranh giới phân chia theo ñộ nhả nước phức tạp nhiều ðồ thị S - lgt điển hình hút nước từ lỗ khoan nằm đới có áp lực gần ranh giới với đới khơng có áp biểu thị hình 1.i Trên ñồ thị phân chia thành ba ñoạn tương tự với ñoạn tương ứng ñồ thị ñối với hệ tầng chứa nước gồm hai lớp tầng chứa nước khơng áp có hiệu ứng Boulton Trong thời kỳ ñầu vận ñộng nước ñất tương tự vỉa vơ hạn có áp lực Thời gian kéo dài thời kỳ phụ thuộc vào khoảng cách từ lỗ khoan ñến ranh giới phụ thuộc vào hệ số truyền áp đới thí nghiệm Khi lỗ khoan nằm cách ranh giới - km thời gian thường khơng vượt q vài ngày Thời kỳ thứ hai ñặc trưng cho ñộng thái giả ổn định, nhịp độ hạ thấp mực nước chậm Thời gian kéo dài thời kỳ ñến hàng trăm, hàng nghìn ngày cuối cùng, nhieu.dcct@gmail.com 13 thời kỳ thứ ba ñược ñặc trưng tăng nhịp ñộ hạ thấp mực nước Trong khoảng thời gian đó, nhịp độ thay đổi mực nước giống ñoạn thứ Khi lỗ khoan thí nghiệm nằm gần ranh giới đới khơng có áp, thời gian kéo dài thời kỳ thứ nhỏ, đồ thị nửa logarit có đoạn thẳng tương ứng với thời kỳ thứ ðộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước với lò cấp nước cục Khi hút nước từ tầng chứa nước với lò cấp nước cục bộ, quy luật thay đổi mực nước theo thời gian trở nên phức tạp trình cung cấp bổ sung Tuỳ thuộc vào quan hệ lượng thoát nước tự nhiên lưu lượng lỗ khoan khoảng cách từ lỗ khoan ñến ranh giới thoát nước, sau thời gian hút nước cung cấp bổ sung bù lại hồn tồn lượng nước lấy phần ñịnh Trong trường hợp thứ xảy phá huỷ quan hệ ñường thẳng ñồ thị S - lgt, ñồ thị thoải dần số trường hợp, nước đất vận động khơng ổn định Trong trường hợp thứ hai, ñoạn cuối ñồ thị S - lgt có dạng đường thẳng nhịp độ hạ thấp mức nước giảm so với thời kỳ ñầu thực tế khơng có cung cấp bổ sung Các quy luật ñặc trưng ñộng thái nước ñất hút nước thí nghiệm điều kiện địa chất thủy văn khác nhau, thiết phải ñược xét ñến thiết kế tiến hành hút nước thí nghiệm phân tích số liệu thí nghiệm Việc phân tích động thái nước đất hút nước thí nghiệm chứng tỏ rằng, quy luật thay đổi mực nước theo thời gian, nhiều nguyên nhân khác gây ra, chẳng hạn có mặt thời kỳ động thái giả ổn ñịnh hiệu ứng Boulton tầng chứa nước khơng có áp tháo khơ vỉa đới khơng có áp miền vỉa xuất lộ mặt hay chảy xuyên qua hệ tầng chứa nước hai lớp, hiệu ứng “lỗ hổng kép” v.v Sự có mặt đới có độ dẫn nước lớn mặt chảy xuyên qua từ tầng chứa nước lân cận tham gia nước mặt dẫn ñến hậu tương tự Việc phân tích đồ thị thay đổi mực nước đất theo thời gian hút nước chứng tỏ ñiều kiện ñịa chất thủy văn khác ảnh hưởng yếu tố tự nhiên riêng biệt tạo nên hạ thấp mực nước lưu lượng khơng đổi đa dạng Một số yếu tố thực tế xuất sau bắt ñầu hút nước, yếu tố khác bắt ñầu ảnh hưởng sau thời gian dài thực tế nghiên cứu q trình thí nghiệm Các quy luật thay ñổi mực nước bị biến dạng tuỳ theo vị trí lỗ khoan quan sát so với lỗ khoan thí nghiệm so với ranh giới tầng chứa nước mặt Tất tình cần xem xét đến thiết kế thí nghiệm chỉnh lý số liệu thí nghiệm nhieu.dcct@gmail.com 14 Chương CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN ðỊA CHẤT THUỶ VĂN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH CHÚNG THEO SỐ LIỆU HÚT NƯỚC ðẶC ðIỂM VẮN TẮT CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN ðỊA CHẤT THUỶ VĂN Một mục đích chủ yếu hút nước thí nghiệm xác định thơng số tính tốn địa chất thủy văn Trong kỹ thuật ta hiểu thông số đại lượng đặc trưng cho tính chất tượng kết cấu, thiết bị, v.v ðất ñá chứa nước cấu tạo thành tầng chứa nước môi trường lỗ hổng ðộ lỗ hổng ñộ thấm tính chất mơi trường lỗ hổng, định điều kiện vận động chất lỏng mơi trường Vì vậy, thơng số tính tốn ñịa chất thủy văn chủ yếu tầng chứa nước phải phản ánh hai tính chất mơi trường chứa nước, tức tính chất chứa nước tính chất thấm nước Mơi trường lỗ hổng môi trường hạt, môi trường khe nứt - cactơ, v.v Vì vậy, sách chúng tơi coi độ lỗ hổng ñộ lỗ hổng chung ñất ñá, không phụ thuộc vào kiểu lỗ hổng Trong thực tế, tất ñất ñá chứa nước ñều ñược đặc trưng phân bố khơng có quy luật lỗ hổng Vì vậy, cấu trúc đất đá mơ tả cách thống kê Nhưng mơi trường lỗ hổng cấu tạo phức tạp ñiều kiện vận ñộng chất lỏng thường nghiên cứu với quan điểm cấu trúc thơ, đất đá chứa nước thực tế ñược thay môi trường quy ước liên tục với tính chất liên tục Với quan điểm vậy, ñộ lỗ hổng, ñộ thấm ñất ñá thơng số tính tốn địa chất thủy văn chủ yếu có liên quan với chúng tầng chứa nước phải coi thơng số thơ, đặc trưng cho thể tích tương đối lớn mơi trường nghiên cứu ðộ lỗ hổng ñất ñá chứa nước n phần thể tích đất đá lấp đầy nước ñược biểu diễn tỷ số thể tích lỗ hổng thể tích tồn đất đá Nhưng đặc trưng cho tính chất chứa nước mơi trường chứa nước khơng phải độ lỗ hổng tồn phần mà hệ số nhả nước trọng lực đất đá µ, tức lượng nước chảy từ thể tích nguyên tố lớp khí tháo khô Ta hiểu hệ số nhả nước hiệu số độ lỗ rỗng tồn phần độ ẩm phân tử cực đại Wp, xét đến dung trọng khung đất nước : µ =n− ∆k Wp ∆n (2.1) Ở ñây: ∆k ∆n - dung trọng khung ñất nước tương ứng Thường lấy trị số nhả nước ñộ lỗ hổng hữu hiệu no Khi thấm áp lực không xảy tháo khô ñất ñá tính chất chứa nước tầng chứa nước ñược xác ñịnh ñộ ñàn hồi ñá chứa nước chất lỏng ñá Tương tự với độ nhả nước tự tháo khơ ñất ñá F.M.Bôtsver ñã ñưa khái niệm ñộ nhả nước đàn hồi µ* để đặc trưng cho tính chất chứa nước tầng áp lực nhieu.dcct@gmail.com 15 Hệ số nhả nước ñàn hồi ñược ñặc trưng lượng nước nhận từ đơn vị diện tích vỉa áp lực áp lực hạ thấp 1m Trong nhiều tài liệu đề nghị xét đến tính chất ñàn hồi vỉa ñất ñá phủ ñánh giá ñộ nhả nước ñàn hồi [131] Theo ñề nghị V.N.Sencatsev [143], tính chất đàn hồi tầng chứa nước ñược ñặc trưng hệ số ñàn hồi dung tích (β*) β*=Nβn + βđ Ở đây: βn βđ - hệ số co giãn ñàn hồi nước đá tương ứng µ = ∆ Nβ * m Ở ñây: (2.2) (2.3) m - chiều dày tầng chứa nước Vì dung trọng nước nhạt gần ñơn vị, nên trị số ∆n thường bỏ qua Tính chất thấm vỉa chứa nước ñược xác ñịnh ñộ thấm qua ñá ðộ thấm qua tính chất vật liệu hổng chất lỏng chảy qua tác dụng grañien áp lực Theo ñề nghị P.Colin, ñộ thấm qua ñộ dẫn qua chất lỏng [64] Trị số ñộ thấm qua ñược xác ñịnh kiến trúc vật liệu hổng có thứ nguyên chiều dài Năm 1856, lần ñầu tiên ðacxi ñã ñưa thông số ñặc trưng cho ñộ thấm qua ñất ñá hệ số tỷ lệ phương trình biểu diễn quan hệ lưu lượng dòng chảy với diện tích tiết diện vỉa độ dốc áp lực Tính chất thấm tầng chứa nước khơng tính chất đá chứa nước ñịnh mà chất lỏng thấm ðộ thấm qua ñối với chất lỏng ñịnh ñược ñặc trưng hệ số thấm Hệ số thấm lưu lượng chất lỏng chảy qua ñơn vị diện tích tiết diện vỉa grien áp lực ñơn vị trị số tốc ñộ thấm grañien ñơn vị Vì giải toán cung cấp nước thường nghiên cứu dòng thấm phẳng nên hệ số thấm thay hệ số dẫn nước T = km Hệ số dẫn nước lưu lượng chất lỏng chảy qua ñơn vị chiều rộng dòng nước đất có chiều dày m grañien áp lực ñơn vị Trong ñịa chất thủy văn, hệ số thấm ñược ño m/ngày, hệ số dẫn nước m2/ ngày Như vậy, hệ số nhả nước trọng lực ñàn hồi hệ số thấm (hệ số dẫn nước) ñặc trưng thô khách quan môi trường chứa nước, kể chất lỏng chứa Chúng hồn tồn có ý nghĩa vật lý Mơi trường chứa nước thực tế thường khơng đồng tính thấm tính chứa nước Người ta phân biệt tính khơng đồng bậc khác theo quy mô khơng đồng ngẫu nhiên hỗn tạp (xem chương 10) Vì thơng số mơ tả thơng số thơ chúng lấy trung bình hóa phạm vi khối lượng định vỉa thí nghiệm Vì vậy, để xác định chúng nên dùng số liệu thí nghiệm khối đủ lớn mơi trường chứa nước Hiện phương pháp thí nghiệm đáng tin cậy thoả mãn điều kiện phương pháp hút nước Ngoài hệ số dẫn nước (hệ số thấm) nhả nước tính tốn địa chất thủy văn dùng rộng rãi thông số tổng hợp a, trường hợp chung đặc trưng tốc độ phát triển phễu hạ thấp nhieu.dcct@gmail.com 16 ñược gọi hệ số truyền mực nước a = hệ số truyền áp a * = km µ * + k β* km µ nước khơng áp, nước áp lực - Thứ nguyên hệ số truyền áp (truyền mực nước) diện tích/thời gian Trong tính tốn địa chất thủy văn, thơng số thường đo m2/ngày Vì phương trình tính tốn ñộ nhả nước thường ñược thay hệ số truyền áp (truyền mực nước) nên thực tế người ta thường xác ñịnh hệ số dẫn nước (hệ số thấm) truyền áp (truyền mực nước) coi thơng số địa chất thủy văn Khi thơng số đặc trưng cho tính chất vật lý thể tích mơi trường chứa nước gọi chúng thơng số thực [106] thơng số hữu hiệu [143] Ngồi thơng số thực, đơi người ta chia thông số suy rộng V A Grabovnikov B M Zilberstein [38] đề nghị coi thơng số ñặc trưng khoảnh thí nghiệm bao gồm tính dẫn nước, tính chứa nước ảnh hưởng biên ngồi vỉa thơng số tổng hợp Nói cách khác, lớp vỉa thực tế thay vỉa đồng vơ hạn mà đặc ñiểm thay ñổi mực nước tương ñương với ñặc ñiểm thay ñổi mực nước ñạt ñược thí nghiệm ñiều kiện tự nhiên Dĩ nhiên trị số thơng số suy rộng phục thuộc vào thời gian kéo dài thí nghiệm, vị trí lỗ khoan thí nghiệm lỗ khoan quan sát ñối với biên giới, trị số lưu lượng, quan hệ tổng lưu lượng phần lưu lượng ñược ñảm bảo cung cấp bổ sung Do thơng số tổng hợp thông số vỉa với ý nghĩa khách quan Nên xem chúng tiêu thủy lực ñặc trưng cho phản ứng khoảnh thí nghiệm lớp chứa nước hút nước Ngồi thơng số địa chất thủy văn dùng loạt thơng số đặc biệt khác định mức độ đặc tính liên hệ qua lại tầng chứa nước nghiên cứu môi trường xung quanh Thuộc vào nhóm trước tiên phải kể đến thơng số thấm xuyên (trong hệ tầng chứa nước phân lớp) thơng số đặc trưng cho sức cản tổng hợp lớp kết dính trầm tích lòng dòng khối nước mặt cắt qua khơng hồn tồn trầm tích lòng Các thơng số nghiên cứu tỉ mỉ chương chun mơn ðẶC ðIỂM CHUNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH THÔNG SỐ TÍNH TỐN ðỊA CHẤT THUỶ VĂN Các phương pháp đại xác định thơng số tính tốn địa chất thủy văn dựa vào phương trình vận động khơng ổn ñịnh nước ñất Trong trường hợp cá biệt ñộng thái thấm ổn ñịnh, gần ổn ñịnh giả ổn định, thơng số hệ số dẫn nước hệ số thấm xác định theo cơng thức Duypuy Tuỳ thuộc vào đặc điểm thơng tin thí nghiệm dùng để chỉnh lý phương pháp đó, tất phương pháp dùng chia thành hai nhóm Các quy luật động thái nước ñất hút nước ñược dùng phương pháp thuộc nhóm thứ tính thấm tính chứa nước tầng chứa nước thí nghiệm định Các thơng số tính tốn chủ yếu - hệ số dẫn nước hệ số thấm, ñộ truyền áp truyền mực nước ñộ nhả nước ñược xác ñịnh phương pháp Các phương pháp nhóm thứ hai dùng quy luật thí nghiệm xác định khơng tính thấm tính chứa nước tầng chứa nước thí nghiệm mà điều kiện biên giới chúng biểu ñồ mặt cắt Nhờ phương pháp đó, ngồi thơng số bản, trường hợp cụ thể người ta xác định thơng số ñặc biệt cần thiết ñể ñánh giá trữ lượng khai thác nước ñất hệ số chảy xuyên, trị số ñặc trưng cho sức cản thủy lực bổ sung đáy hồ, đáy sơng yếu tố khác nhieu.dcct@gmail.com 17 Các phương pháp nhóm thứ dựa sở áp dụng phương trình thấm khơng ổn định vỉa vơ hạn (công thức 1.1) mô logarit chúng (1.2) quan hệ có xét đến đặc điểm ñặc biệt cấu trúc ñá chứa nước (ví dụ hiệu ứng Boulton) Tuỳ theo phương pháp chỉnh lý phương trình chia thành phương pháp thường gặp sách tham khảo thực tế: Phương pháp thử dần sở phương trình (1.1) Phương pháp đường cong chuẩn (phương pháp Theis - Boulton, v v) Chỉnh lý số liệu hút nước thí nghiệm sở phương trình (1.2) (phương pháp Jacob) Chỉnh lý số liệu hồi phục mực nước, có xét đến thời gian hút nước (phương pháp Horner) Phương pháp thử dần sở phương trình Theis Phương pháp trình bày ñầy ñủ tác phẩm [132, 41…] Bản chất phương pháp chỗ theo quan hệ ñã biết trị số mực nước hạ thấp hai thời ñiểm cách thử dần xác ñịnh hệ số truyền áp Theo giá trị hệ số truyền áp tìm theo cơng thức (1.1) tính hệ số dẫn nước ðể dễ dàng cho việc tính tốn V.M.Sestacov [132] ñã thành lập ñồ thị quan hệ tỷ số trị số mực nước hạ thấp với biến số hàm số luỹ thừa ñối với quan hệ thời gian khác Phương pháp ñường cong chuẩn Phương pháp Theis ðây phương pháp ñường cong chuẩn dựa sở phương trình Theis [182] Trong tài liệu tham khảo Liên Xô, phương pháp Theis trình bày cơng trình nghiên cứu [132, 30] ðường cong chuẩn ñồ thị quan hệ hàm số mũ tích phân khơng thứ ngun thời gian kẻ giấy logarit ðồ thị ñược thành lập theo giá trị cho trước đại lượng thời gian khơng thứ ngun ðể xác ñịnh thông số ñịa chất thủy văn bản, ñường cong chuẩn ñược làm trùng với ñường cong thực nghiệm, dịch chuyển cho hồn tồn trùng với ñiều kiện dịch chuyển trục toạ ñộ song song Sau dựa vào dịch chuyển trục tọa độ xác định thơng số chủ yếu : theo ñoạn dịch chuyển trục ñứng xác ñịnh hệ số dẫn nước, theo ñoạn dịch chuyển trục ngang xác ñịnh hệ số truyền áp Phạm vi áp dụng phương pháp Theis ñược giới hạn khoảng thời 100r Luận chứng giới hạn trình bày tác gian ban đầu tương ñối nhỏ t = a phẩm [118] Phương pháp Theis ñược dùng ñể chỉnh lý tài liệu thí nghiệm hút nước với lưu lượng khơng đổi Phương pháp Boulton Dùng ñể chỉnh lý kết hút nước từ tầng chứa nước không áp Phương pháp dựa sở phương trình Boulton, có xét đến hiệu ứng thay ñổi từ ñộ nhả nước ñàn hồi ñến ñộ nhả nước trọng lực [154] ðể chỉnh lý tài liệu thí nghiệm, Boulton tính tốn họ đường cong chuẩn lấy gần với phương trình đường cong Theis thời ñiểm ban ñầu nhả nước ñàn r hồi thời ñiểm cuối nhả nước trọng lực Mỗi ñường cong tương ứng với tỷ số B ñịnh, ñây r - thông số tương tự với yếu tố B (hệ số) chảy xuyên Các ñường chuẩn vẽ biểu ñồ tỷ lệ logarit Theo trục ñứng ñặt hàm số Boulton có biến số thời gian khơng thứ ngun, theo trục ngang (trục hồnh) đặt biến số ðường cong thí nghiệm hệ tọa ñộ mực nước hạ thấp - thời gian vẽ theo tỷ lệ logarit Di chuyển đường cong thí nghiệm nhieu.dcct@gmail.com 18 cho hoàn toàn trùng với toàn ñường họ ñường cong chuẩn ñoạn riêng biệt với điều kiện trục tọa ñộ song song Hệ số dẫn nước xác ñịnh theo ñoạn dịch chuyển trục ñứng, hệ số truyền mực nước xác ñịnh theo ñoạn dịch X chuyển trục ngang Thơng số B tìm theo tỷ số ñường cong chuẩn trùng với B ñường cong thực nghiệm ðể đơn giản hóa phương pháp Boulton, Beccaloy ñã ñề nghị phương pháp sử dụng ñoạn tiệm cận ñầu cuối [156] Phương pháp Jacob Phương pháp dựa sở mô logarit phương trình Theis trình bày rộng rãi tài liệu tham khảo Liên Xô nước khác [158, 183, 10] Theo phương pháp Jacob, số liệu thí nghiệm biểu diễn dạng đồ thị quan hệ : trị số hạ thấp mực nước thời gian, trị số mực nước khoảng cách, trị số mực nước hạ thấp thời gian chia cho bình phương khoảng cách Các đồ thị vẽ giấy nửa logarit Phương pháp ñược áp dụng ñiều kiện ñộng thái gần ổn ñịnh sau thời gian ñịnh, kể từ bắt đầu thí nghiệm Trong điều kiện gần ổn định đồ thị nói đường thẳng thơng số tính tốn xác định theo hệ số góc tung độ gốc ñường thẳng Thời gian bắt ñầu ñộng thái gần ổn định, ngồi dấu hiệu xuất đoạn thẳng ñồ thị nửa logarit ñược xác ñịnh thời gian kiểm tra, kể từ bắt ñầu hút nước ñược tính cho lỗ khoan quan sát [143] Bằng cơng trình nghiên cứu gần đây, phương pháp Jacob ñã ñược ứng dụng ñể chỉnh lý kết thí nghiệm ñiều kiện hút nước phức tạp (hút nước với lưu lượng thay đổi, hút nước nhóm v.v [22, 43]) Phương pháp giải tích Duypuy - Thixem Phương pháp ñược áp dụng ñể xác ñịnh hệ số dẫn nước hệ số thấm theo số liệu hút nước với ñộng thái ổn ñịnh giả ổn ñịnh trường hợp ñặc biệt phương pháp Jacob, dùng quan hệ mực nước hạ thấp logarit khoảng cách ðể xét đến khơng hồn chỉnh thủy động lực lỗ khoan hút nước lỗ khoan quan sát gần dùng công thức Duypuy, nên ñưa vào số hiệu chỉnh N N Verigin [32] Các phương pháp kể ñược áp dụng ñể chỉnh lý kết quan sát mực nước hạ thấp Cũng dùng để xác định thơng số địa chất thủy văn theo số liệu quan sát mực nước hồi phục sau ngừng hút nước Khả chỉnh lý tài liệu hồi phục mực nước ñã ñược Theis Venzel [178, 182] nghiên cứu trước tiên Về sau này, Hocner ñã ñưa phương pháp xác ñịnh hệ số dẫn nước theo số liệu theo dõi theo thời gian trị số hạ thấp mực nước hạ thấp tàn dư sau ngừng hút nước sở mơ logarit phương trình Theis Phương pháp Hocner Là phương pháp dựa nguyên tắc cộng dòng ñộng thái thấm gần ổn ñịnh Hơn nữa, ñộng thái gần ổn ñịnh cần phải ñược thoả mãn giai ñoạn hạ thấp mực nước giai ñoạn hồi phục mực nước [164] Theo phương pháp Hocner số liệu thí nghiệm biểu diễn dạng đồ thị quan hệ trị số hồi phục mực nước thời gian phức hợp, vẽ giấy nửa logarit Trị số hồi phục hiệu số mực nước ñộng ño ñược ứng với thời ñiểm thời gian hồi phục mực nước ñộng cuối thời gian hút nước Thời gian phức hợp tổng thời gian kéo dài hút nước thời gian hồi phục mực nước chia cho thời gian hồi phục Hệ số dẫn nước xác định theo hệ số góc ñồ thị nửa logarit hồi phục mực nước Từ ñó ñưa phương pháp xác ñịnh hệ số truyền áp theo số liệu hồi phục, phương pháp chỉnh lý sau hút nước gián ñoạn theo bước nhảy [106] Luận chứng khả xác ñịnh thông số theo khoảng thời gian giới hạn ban đầu hồi phục mà khơng cần xét đến thời gian phức hợp [10, 11] nhieu.dcct@gmail.com 19 Các phương pháp nhóm thứ hai lại chia thành hai nhóm phụ Phương pháp thuộc phụ nhóm thứ phương pháp nhóm thứ xác định thơng số địa chất thủy văn (hệ số dẫn nước hệ số thấm, hệ số truyền áp truyền mực nước), theo quan hệ có tính đến ảnh hưởng ranh giới lớp (vỉa) theo mặt mặt cắt Phương pháp thuộc phụ nhóm thứ hai, ngồi thơng số bản, xác định thơng số ñịa chất thủy văn dựa vào phương pháp Jacob, ñối với vỉa dạng dải - phương trình Botsever, ñối với vỉa khép kín - phương trình Macket Trong vỉa hữu hiệu có chu vi phức tạp, việc xác ñịnh thông số ñược tiến hành theo phương pháp tương tự phương pháp Jacob, tức theo hệ số góc tung độ gốc đồ thị nửa logarit ñiều kiện bắt ñầu giai ñoạn gần ổn định Các hệ số số cơng thức tính tốn thay đổi tùy theo mức độ phức tạp ranh giới tác dụng [106, 19] Việc chỉnh lý kết thí nghiệm vỉa dạng dải với ranh giới khơng thấm nước tiến hành sở phương trình Botsever [22] Theo phương pháp này, số liệu thí nghiệm biểu diễn dạng đồ thị quan hệ mực nước hạ thấp bậc hai thời gian tọa độ thơng thường Các thơng số xác định theo hệ số góc tung độ gốc đồ thị đường thẳng Phương pháp áp dụng với lỗ khoan quan sát gần [88] Kết thí nghiệm vỉa khép kín với ranh giới khơng thấm nước chỉnh lý sở phương trình Macket Các số liệu thí nghiệm biểu thị dạng đồ thị quan hệ mực nước hạ thấp thời gian đồ thị tỷ lệ thơng thường Các thơng số ñược xác ñịnh theo tung ñộ gốc hệ số góc đồ thị đường thẳng Phương pháp áp dụng thời gian hút nước dài [29] Trong tài liệu tham khảo nước ngồi để chỉnh lý tài liệu thí nghiệm vỉa hữu hạn áp dụng phương pháp giải tích Ditxa phương pháp ñường cong chuẩn Stolman [166] Trong số phương pháp phụ nhóm thứ hai phổ biến phương pháp F M Botsever [26, 29], Iu O Zeegôfer V M Sectakov [53], E L Minkin [96] để xác định sức kháng trầm tích lòng sơng, phương pháp M S Hantush để xác định hệ số chảy xuyên, phương pháp V A Mirônhencô L I Xecđiukov để xác định thơng số hệ tầng chứa nước hai lớp Phương pháp Iu O Zeegôfer - V M Sectakov Phương pháp dùng ñể xác ñịnh hệ số dẫn nước chiều dài bổ sung dòng, tương đương với sức kháng thủy lực lòng Phương pháp áp dụng để chỉnh lý kết hút nước thí nghiệm từ lỗ khoan cạnh sơng động thái ổn định ñiều kiện ñường mực nước mặt ñường thẳng [53] Trị số chiều dài tương ñương dòng ∆L xác định cách thử dần theo quan hệ mực nước hạ thấp hai lỗ khoan quan sát bố trí tuyến ðể đơn giản việc tính tốn, người ta lập đồ thị bảng ñối với sơ ñồ chiều rộng hữu hạn vơ hạn sơng Sau hệ số dẫn nước tính theo mức nước hạ thấp lỗ khoan quan sát có tính đến ∆L Giới hạn áp dụng phương pháp L ñược nghiên cứu tác phẩm [47] Trong có nói rõ = 0,1 sai số việc xác ∆L ñịnh mực nước hạ thấp ñến 20 - 30% Phương pháp F M Botsever Phương pháp ñược áp dụng ñể chỉnh lý kết hút nước từ lỗ khoan cạnh sơng động thái ổn định ðiều kiện ñể áp dụng phương pháp phương pháp nói nhieu.dcct@gmail.com 20 ... thử, hút nước thí nghiệm hút nước khai thác thí nghiệm Sự khác mục đích ba dạng hút nước định phương pháp tiến hành thí nghiệm thể chủ yếu thời gian kéo dài thí nghiệm kết cấu chùm thí nghiệm Vì... khuyến nghị bố trí thí nghiệm 1) Những vấn ñề phương pháp tiến hành thí nghiệm hút nước 2) Khuyến nghị bố trí cơng tác thí nghiệm Mục lục nhieu.dcct@gmail.com MỞ ðẦU Thí nghiệm thấm cơng tác chủ... tất phương pháp chỉnh lý giải thích số liệu thí nghiệm thấm Nhiệm vụ chủ yếu sách phân tích phương pháp tiến hành thí nghiệm chỉnh lý kết thí nghiệm thấm điều tra cung cấp nước Trong sách phân